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康子路:打造具有中国特色的物联网开放体系架构

2016年7月11日 16:46  CCTIME飞象网  

“2016国际开放物联技术与标准峰会暨W3C万维物联网兴趣组会议”7月11日-14日在北京唯实国际文化交流中心举办。飞象网作为直播媒体将对会议做全程报道。直播内容:

中国电科创新院物联网所副所长康子路

康子路:各位国内外的专家,各位物联网界的同仁,大家下午好!我今天把我们中国电科,这几年对物联网的一些理解和认识,跟大家进行分享和交流。我们中国电科物联网是几年前就开始进行研究了,2013年基本上提出了关于物联网的开放体系架构,经过这几年的发展,我们对整个物联网开放体系架构的基本认识,有了进一步的认识。我主要是从三个角度同大家分享中国电科的开放体系架构,一个是对物联网的发展认识,一个是开放架构的一些理解,再一个是架构的一些应用案例。我们开放体系架构主要是从物体描述、物体发现,还有物体集成三个关键技术来进行交流。

首先介绍一下,我们对物联网发展的一些理解和认识。我们从这张图可以看到,现在我们从2015年开始,我们整个互联网里面,入网的智能设备已经达到了100亿台,预计到2020年,整个的入网设备总量将达到400亿台,而这400亿台的入厂设备80%属于物联网的设备,计算机只占到了5%的份额,可以说即将进入真正的物联网时代。这个是我们对物联网的一个看法,现在从开始到发展一共划分为四个阶段,第一个阶段是传感器阶段,我们是通过传感器采集一些外部的信息,然后通过网络传输给人进行处理;第二个阶段是控制阶段,加入一些控制功能,对物联网的设备进行人工控制,我们认为这两个阶段相对已经成熟,而且现在很多事情都是在这两个阶段进行工作,而这两个阶段已经进入了产业化的阶段。对物联网来说,我们认为最重要的是物与物的智慧互联,没有人工干预的情况下,物与物进行的自主式的交互。随着人工智能的发展,我们认为物与物的智慧互联,就是我们物联网未来主要的研究方向,也是我们最终整个物联网取代互联网的一个重要的基础,这是我们对物联网整个阶段的一些看法。

物与物的智慧互联,我们认为主要面临三个方面的基础问题:第一个问题物体是什么?到底什么是物体?怎样用一种很好的方法,把不同的万物描述清楚,然后以一种共同的标准认识这个物体。第二个是物体在哪,我们要去找到物体,我们找到物体了才可能使用物体。第三个是物体怎么用,我们解决了物体是什么,又找到了它,但是到底怎么用它?这是我们认为物与物智慧互联,需要解决的三个基础问题。

我们中国电科主要是有个这样的想法,我们提出了通过物体能力来解决,因为物联网时代的物体互联同互联网时代有一定的不同。我们可以通过访问一个网站,记住这个网站的名称,因为人是有智慧的,他知道这个网站是干什么的,但是在物联网的时代,物体不知道这一点,它还是不知道物体是干什么的,所以我们提出了基于物体能力的思路来解决。物体能力就是指物体能够被外界使用的功能与数据,然后我们通过对物体能力的描述,物体能力的发现与物体能力的解决,来解决物联网的三个基本问题。在我们总结互联网发展的经验上,从人类的智慧互联出发的,提出的基于能力的物联网开放体系架构,最终解决物体的描述、发现与使用三个根本问题,整体提升网络的智慧能力。

第二部分主要是给大家介绍一下我们的物联网开放体系架构。这是我们对物联网开放体系架构的一些理念和目标。首先是理念,一个是兼容,物联网还是在互联网的基础上进行发展的,所以还是要兼容已有的互联网技术;第二个是开放,我们要把网络做一个整体,考虑它的能力去描述和发现物体;第三个就是弹性,因为物联网的发展很迅猛,所以我们未来的发展要留出充足的空间。

我们架构的目标是解决三个问题,第一个物体是什么,我们就是要定义物体的能力,描述它,还有去以一种标准化的方式来定义这个物体;第二个是解决物体在哪,有一个新的方式找到这个物体;第三个就是我们要解决怎么样用这个物体,这就是对整个架构的理念和我们的目标。

我们针对三个关键问题,物体是什么,物体在哪和物体怎么用,我们有三个关键技术,第一个就是物体的描述,我们要使用一种标准方式来描述物体;第二个是物体的发现,我们要精确的找到这个物体;第三个是物体的集成,通过物体的集成来保证多个物体之间能互联互通,互操作起来。

通过开放体系架构,我们可以使我们的物联网更好的支撑我们整个的智慧应用。这是一张物联网的开放体系的架构图,我们主要是按照比较常见的分层,下面是我们的物体描述,我们可以抽取相应的描述标准,建立我们整个的跨省的公共基础设施,包括我们的能力知识图谱和物体的标识解析体系,主要是用来解决现在大大小小物联网平台之间的互操作问题,主要是为了摆脱现有物联网信息孤岛问题。中间是物联网的平台层,主要是建立物体的集成管理平台,通过这个平台层来有效的完全物体。平台也是依据描述层的标准,提升智慧应用对多样物体的应用性。

在互联网时代,我们是通过各国网站来了解世界各地信息。到了物联网的时代,我们可以部署各种的物联网的解析体系、物联网的管理平台,相当于我们的网站,可以调用世界各地物体的能力,同时获得物体的地理位置,在这个体系下,可以很方便的搜索我们的物体,注册这些物体,以便更方便的使用这些物体。

下面是介绍物体描述的一些内容。物体描述主要是为了解决物体是什么的相关的一些问题。目前关于物体描述也有很多的技术在做,但是现在这些技术之间,我们认为主要是有一些缺陷,一个是各方面的描述语言是不统一的,各有各的一套东西;第二个它作为物体能力的描述不足,没有很好的把物体能力描述起来;第三个采用实际的描述方法,比如说最后原数据,各个描述的语言有很大的差异。我们现在提出的物体描述技术,主要是围绕着能力的智慧互联,主要是有三方面的特点:第一个就是主要对物体能力的描述;第二个是物体能力的抽取和第三段建取能力的知识图谱,一个物体如何了解另一个物体,如何给它提供能力或者功能,这样我们才能更好的把两个不同的物体能力结合到一块。

比如说一个网站或者说一个计算机中的什么音乐播放器,通过描述语言,在计算机里面形成一种描述的实体,通过语义识别技术,最后形成对能力的描述。

第一个是它的属性,建立描述物体的本质固有属性;第二个是它的状态,包括物体现在工作的一些情况,还有它的动作。最主要的就是能力,就是定义这个物体到底能干什么,包括有什么功能,和有什么能获取和处理什么样的数据。这个描述语言,我们已经在中国国家技术标准进行了立项。

这张图是物体通过描述后形成能力本体,并与能力知识图谱进行对比的过程,从这张图可以看到,从描述实体中形成一个能力的元组通过能力规范化的表达,与知识图谱进行相似度的计算,一方面是丰富知识图谱的生产,另一方面让所有相同能力有了一个统一的规范化表示。因为现在我们能力很多,用语言有时候很难精确的描述出来,比如说飞行和飞是推一种能力,但是在不同的物体中,一个是使用飞行,一个使用飞,但是从能力的角度上来看,它们是相同的,像这样的能力,我们要进行规范化的表述。

这是一个例子,我们有一架无人汽车,形成描述实体和描述能力的一个过程。无人机有它的属性状态,汽车也有它的移动、记录、位置的能力,通过这套能力的标准化、规范化,最后把这些不同的能力的语义进行了规范化的处理,最后形成一套规范化的能力库,建立了整个的规范化的能力知识图谱。

这张就是我们所谓的能力知识图谱,前面提的就是基于语义网络技术,针对我们的能力进行构建的本体库。我们希望这种本体库是作为整个物联网公共的基础设施,用这个本体库实现不同物体,或者物体之间,或者物体与平台之间的基于能力的语义互通,通过这个能力库,可以向网络下伸展,从网络的角度,不停丰富整个能力的知识图谱。

第二讲一下物体的发现技术。物体发现技术主要是用来解决物体在哪的问题,在互联网时代,我们找到一个网站,主要是通过DNS,通过域名解析到网络的IP地址,但是在物联网时代,我们认为同现在的互联网时代有一些不一样的东西。现在网站信息是通过互联网标识进行网络地址搜索与定位,但是在物联网中,物体的标识具有很多样性,不仅仅要对物体的名称进行标识,可能还对物体的能力进行标识,对物体的位置进行标识,尤其是物体的位置,因为在互联网时代,我们可能不是很关心一个网站的位置,我们敲一个谷歌的网名,我们是不会关注谷歌到底在哪里,但是在物联网时代,物体位置就是很重要的,我们需要一个使用相对精确位置物体的能力。对物体地理位置进行标识,还有相对成熟并多样化的物体标识一种融合的标识体系,构建一种新的物体解析体系。

这是我们对TRS标识体系现有的一个简单考虑,我们对物体的唯一标识,主要是通过能力、位置、物名,设计一个顶级的标识,用来区分不同的组合,按照需要基于能力去定位这个物体,基于位置去定位这个物体,以及基于我们的物体名称来定位这个物体。

这是我们基于TRS系统构建的一套结构图,我们主要是考虑二级服务器、三级服务器,加上各个标识解析的子系统构成。TNS主要是做名称的解析,在我们这里面,我们主要还是除了名称解析以外,把位置解析融合成一个完整的解析体系,这是我们TRS的一个功能。

我们现在主要是考虑三个子系统共同组成,一个是CNS,基于能力来定位物体,未来发现物体的一套系统;另一个是位置体系,另外一个是TNS。通过这三个系统的解析,一方面增加整个解析的速度,很快的定位到物体。

这是一个TRS的工作示意图,这张示意图是跟TNS类似,首先发出首选解析服务器,然后将他的请求发到根服务器,然后再到二级服务器、三级服务器,到三级服务器的时候,它将同时到CNS和LNS和TNS三个不同服务器,进行物体的定位,然后并行的结果将在第三级服务器进行融合。这就是我们TNS的工作示意图,不仅是能通过名字来解析,同时能通过位置和能力,以及这三个东西的组合来进行快速的定位物体。

一般的物体,像我们的TRS Server进行注册,用户向物联网中的物体发出请求的时候,首先会在TRS Server里面得到网络地址,得到地址以后,再将请求重新发到相应物体里面,对物体进行处理和操作。

这是我们设想的,像DNS一样,我们在整个TRS解析系统,在全球建立了一个分布图,我们建立多个平行的根服务器,基于根服务器,在不同地点建立二级和三级的TRS的解析体系和相应的子系统。

第三个主要是介绍一下物体集成的技术。现在我们物体的数量是远远大于现有计算机的入网数量,物体之间结构互不相同,需要一个统一的管理或者一个平台,而且物体的安全,也比网站信息要求更严格。我们就需要一个平台来去评比物体的差异性,进行物体的集成与管理,对外提供统一接口的能力服务。我们现在互联网上,网站服务器的管理,物联网集成管理方式之间的一个对比,我们通过网站来管理不同的网页,在物联网时代,我们从一个IOT的集成管理平台,通过描述实体和描述能力来对物体进行管理,实现对物体和相应能力的统一标配,这样我们可以设想,我们访问物体的时候,就会像访问一个网页。

这是我们物体集成在物联网平台层的一个体现,我们现在主要是考虑三个方面的功能,第一个是物体的接入管理,我们用什么样的方式把物体接入到平台里面;第二个我们要对接入到平台的物体描述实体与它的描述能力进行一个管理;第三个有了物体的描述实体或者描述能力以后,我们要基于这些描述实体和描述能力,来进行物体之间的集成。

这是一张能力集成技术的介绍。我们可以根据不同的需求寻找到不同的能力本体,根据更加细化的能力分析,得到相应的描述实体,最终找到对应的物体,然后把这些物体连接到一块,实现物体的互操作。

就相当于一个机器人,如果进入一个比较黑暗的房间里面,有了照明的物体以后,机器人就可以寻找物体,假设有一张桌子,桌子上可能有一个机器人需要寻找物体,但是机器人由于高度不高,看不见这个物体,这时候机器人就会在这个房间里进一步进行发现,就发现具有飞行能力,超过桌面的高度,而且有摄像的能力,能看见桌面上的一些东西,通过这样的方式,这个机器人就可以搜索到自身无法达到高度下的一些物体,通过物体集成技术,就进一步扩展了物体的能力,这就是一个简单的例子。

最后简单介绍一下架构技术的应用案例。这是我们开放体系在房地产行业的一个具体落地,主要是基于开放体系架构,我们实现智慧社区和智慧家庭整体解决的方案。

这是在去年互联网大会上,同中国海康集团建立的演示平台。

这是我们在智慧城市中应用的案例,基于物联网开放体系架构,构建整个智慧城市的平台,或者整体解决方案。

以上就是我对开放体系架构平台的简单介绍,感谢大家参加此次会议,物联网的发展也是涵盖了我们生活的方方面面,希望能与此次参会的专家和代表,有机会对物联网的发展,还有他的技术进行更深层次的讨论,愿我们一同努力,早日进入物联网的时代,谢谢大家!

主持人:谢谢,有问题吗?

提问:刚才您提到了对物体能力的描述,因为带其他的标准化组织里面,比如说像WOT或者M2M,甚至包括OPC,他们那些组织里面也都提供了对物体的描述,包括对能力的描述,您定义的物体描述和他们定义的那些描述是什么关系?觉得他们那个还不够完善?对他们补充,或者说还是出于一种什么样的考虑?

康子路:我们整个考虑,整个架构体系主要是基于能力进行定义的,包括W3C ITU,尤其是ITU,我们也参与了他们一些标准的制订。在物物互联的时代,我们认为对能力的描述应该是更加的重要,所以我们这套描述体系,对原有的标准是一种优化,主要是从能力的角度来进行增强和优化的。

提问1:我问几个问题,这个能力这一块,的确是在我们服务里面,包括其他里面都有描述,尤其是基于能力构建你这个架构,你这个能力是什么?第二个,你在这里面也提到了描述能力是为了解决语义上的互操作。原数据描述有问题,解决不了这样的问题,你这个能力是用什么来描述的?我隐隐约约感觉是用本体描述的,W3C也在做这样的东西,因为物联网涉及到各个行业,如果是这样的话,就需要有一个统一的本体,这个本体是不是能够存在?这是第一个问题。

第二个问题,你在这里面讲到发现的问题,我不知道这个发现,你说基于它的位置和能力来发现。像我们在互联网领域里面,我们找一个物体的时候,我们解析的时候是为了解决人认识这个网页和它这个通讯之间的不匹配,通过人有一个域名,找到对应的URI,URI是一个机器能认识的,能够为了更好的通讯。你这个发现为了发现这一个物体,这一个位置里面,一个区域里面有很多物体,一个物体上有很多其他的物体,一个位置上发现多个物体,它们之间到底是为了干什么?

第三个是说的集成,原来物联网通讯架构也是这样提的,要标识这个物体,全世界物体有一个唯一。找到了物体毕竟是物体,信息世界里面,它有一个软件跟它沟通。物体和物体之间,原来互联网领域是人和信息在打交道,未来是物体与物体之间打交道,是解决物与物之间交互的,你现在的体系架构跟原来的体系架构是什么样的关系?

康子路:第一个问题是什么?

提问1:你这里面提到的是用本体来描述的,原来最早语义网提的本体,所有的无比唯一标识,用本体规范它的描述,但这样的实现所有的网站有一个共同的语义,但这里面有一个前提条件,必须全世界只有一个本体,我们用的语言必须是一样的,这样才解决语义的问题。物联网第一涉及的行业比较多,第二个全球性质的,如何建立统一的本体存在不存在?如果要不存在,你用这样的东西来描述这样的能力,可能会有很多问题,之所以语义网这么多年发展起来走到现在存在很多问题,实际上就是这个本体在建立。我现在不知道你这个能力到底用什么来描述?怎么来做的?

康子路:你提出本体的事情。我们也是基于本体来建能力的语义网络来描述能力的,因为从能力的角度来说,我们确实有你说的这个问题,能力是没有界限的,有很多很多。有非常多的能力,可以说是无穷无尽,包括各种能力之间的组合产生一种新的东西。我们从工程上想了两个解决的办法,第一个是构建一个普通能力库,这是我们临时的解决措施,这个能力库当然是无法解决以后能力的无限扩展的问题;第二个是建立语义网络,通过语义网络来解决能力无边界的问题,基于不同的能力来推算出新的能力。另一个就是你刚才说的各个行业的能力问题,我们也是想采用能力规范化的办法,把不同行业,对相同能力的说法,把整个标准化起来。这套东西确实也比较复杂,现在在这儿说怕时间不够,如果你要有兴趣的话,我们可以下来再讨论这一块。

主持人:还有其他问题吗?

提问2:你好,我想问一下,我看你对基于能力的描述,包括刚才有一些发现的抽象。我们发现一个物体可以描述一个物体,有没有什么样的方式,把这些东西通过界面的方式展现出来?如果说我们把所有的物体全部通过你们自己的应用来展示,这个工程量非常之大,各方面的合作会牵扯到很多,你们在这里面有没有定义一种,比如说在定义一个物体的时候,把这个显示部分描述出来?

康子路:我们原来也考虑过,但现在没有往下做,因为对物体最后的展现,我们认为是相当复杂的问题。我不太清楚,最后我们从应用角度,不太清楚需要展现什么,也许需要一个商业模型,可能一张简单图片就解决问题了。我前一段时间,我们对HTML5进行研究,在标准里面定一套物体展现的标准,到现在还没有什么很好的结论,就是物体展现这一块,还没有很好的结论。

编 辑:章芳
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